JP6345725B2 - 軽金属射出成形機の射出装置及び分割シール機構 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム、アルミニウム等の軽金属材料を溶融し、その溶湯を金型に射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置、及びその分割シール機構に関する。

マグネシウム、アルミニウム等の軽金属材料を円柱短棒形状に成形したもの（以下、ビレットと称する。）を、加熱された溶融装置の溶融シリンダ中に供給して溶融し、溶融された溶融体（以下、溶湯と称する。）を加熱されたプランジャ射出装置の射出シリンダ中で計量して、その溶湯を金型に射出充填する軽金属射出成形機の射出装置がある。

このような射出装置は、例えば、本願の出願人による特許４１１９８９２号公報（特許文献１）に開示されている。概説すると、特許文献１では、溶融シリンダ又は射出シリンダからのバックフローを抑制し、摩耗をできるだけ無くした射出装置が開示されており、特にプランジャ射出装置及び溶融装置のシール機構が開示されている。

特許４１１９８９２号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、軽金属材料の溶湯がある程度軟化した状態にあって溶湯のバックフローを防止する程度に固化した適正な状態の固化物である自己シール部材を利用して、ビレット及びプランジャのような圧送体が移動するときに、圧送体と自己シール部材との間の固着を容易に剪断できるようにして、圧送体の移動を可能にすると同時に軽金属材料のバックフローを防止するようにしている。当然、軽金属材料の種類によって適正な状態の自己シール部材を維持することができる所定の温度範囲が異なっており、軽金属材料の種類によっては、所定の温度範囲を保持することがより厳密で難しく、射出量が制限されるおそれがある。例えば、マグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）の場合は、およそ４６８℃〜５９８℃の比較的広い温度範囲で適正な状態の自己シール部材を維持することができるが、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の場合は、およそ５１５℃〜５８２℃であって、一般的なマグネシウム合金に比べて約半分の温度範囲であることがわかる。

特に、特許文献１の発明は、具体的に、環状溝に溜った軽金属材料の溶湯がある程度軟化した状態にあって溶湯のバックフローを防止する程度に固化した適正な状態の固化物である自己シール部材によってバックフローを防ぐようにされているが、溶融シリンダ又は射出シリンダに巻きまわされた加熱ヒータによって圧送体の前側部位が加熱されて軽金属材料が完全に溶融する温度以上に高くされ、圧送体の後側部位が前側部位から伝達する余熱で所定の温度範囲内の温度であるように温度管理され、そうした圧送体が環状の自己シール部材の中に挿嵌される構成であるので、圧送体の移動前と移動後の間で自己シール部材の付近において温度差が発生し、この温度差は、圧送体の移動距離、言い換えると、射出量の違いに対応して変動する。そのため、射出量が多すぎたりすると、圧送体の移動後の自己シール部材の付近における温度が所定の温度範囲以下になって適正な状態の自己シール部材を維持することができずに自己シール部材が強固に固化してしまって圧送体が移動できなくなるほどの大きな抵抗が発生するおそれがある。このとき、自己シール部材において圧送体にかかる抵抗に対するバックフローを防止するためのいわゆるクロス条件は、例えば、マグネシウム合金の場合、圧送体の移動距離ＬがＬ＝１．２Ｄ（Ｄはプランジャの直径）まで可能であるのに対して、アルミニウム合金の場合は、圧送体の移動距離ＬがＬ＝（１／２）×１．２Ｄ程度、端的に言うと、マグネシウム合金のときの圧送体の移動距離に比べて半分程度に制限される。その結果、アルミニウム合金の場合は、射出成形できる成形品の容積がより限定的なものとなってしまう。

このような状況に鑑みて、アルミニウム合金のような適正な状態の自己シール部材を維持できる所定の温度範囲が比較的狭い軽金属材料にも対応し使用用途がより広汎な射出装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、溶融体を収容する収容部を有するシリンダと、当該シリンダ内部を移動可能に構成され前記溶融体を圧送する圧送体と、当該シリンダの基端に設けられる分割シール機構であって当該圧送体の径に則ったリング形状で且つ複数に分割された分割シール機構と、前記圧送体が軟化して変形しない温度に前記基端を加熱する加熱ヒータと、を備え、前記分割シール機構の内径は、前記圧送体の径と略等しく、前記分割シール機構の外周面と前記シリンダとの間には隙間が設けられ、これにより前記圧送体の移動の際に前記シリンダの内部からの前記分割シール機構の外周面にかかる溶融体の圧力が前記分割シール機構の内周面にかかる圧力に比して大きくなるように構成され、前記分割シール機構または前記シリンダは、前記溶融体を流通させて前記分割シール機構を径方向に収縮させる前記溶融体の流路である圧力伝搬溝を有し、前記分割シール機構は、当該圧力の差によって前記圧送体を締め付けて前記シリンダと前記圧送体との間をシールするように構成される、軽金属射出成形機の射出装置が提供される。

また、本発明によれば、溶融体を収容する収容部を有するシリンダと、当該シリンダ内部を移動可能に構成され前記溶融体を圧送する圧送体と、前記圧送体が軟化して変形しない温度に前記シリンダの基端を加熱する加熱ヒータと、を有する射出装置に設けられる分割シール機構であって、前記シリンダの前記基端に設けられ、前記圧送体の径に則ったリング形状で且つ複数に分割され、その内径は、前記圧送体の径と略等しく、その外周面と前記シリンダとの間には隙間が設けられ、前記分割シール機構自身の表面または前記表面と接触する前記シリンダの環状溝の側壁の何れかに設けられる圧力伝搬溝を流路として流通する前記溶融体によって、前記圧送体の移動の際に前記シリンダの内部からの前記外周面にかかる溶融体の圧力が内周面にかかる圧力に比して大きくなるように構成され、当該圧力の差によって前記圧送体を締め付けて前記シリンダと前記圧送体との間をシールするように構成される、分割シール機構が提供される。

射出の際にシリンダの内部からの分割シール機構の外周面にかかる溶融体の圧力が分割シール機構の内周面にかかる圧力に比して大きくなり、当該圧力の差によって、分割シール機構が圧送体を締め付けてシリンダと圧送体との間をシールする。その結果、動作抵抗及び摩耗を極力少なくしつつもバックフローができるだけ少ない射出が実現される。特に、従来困難であったアルミニウム合金等を効果的に軽金属材料として選択することができる。

以下、本発明に係る種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記収容部となる射出室を有する前記シリンダとなる射出シリンダと前記圧送体となるプランジャとを含むプランジャ射出装置を備え、前記分割シール機構が前記プランジャ射出装置に設けられる。
好ましくは、前記収容部となる溶融室を有する前記シリンダとなる溶融シリンダと前記圧送体となるビレットとを有する溶融装置を備え、前記分割シール機構が前記溶融装置に設けられる。
好ましくは、前記収容部となる射出室を有する前記シリンダとなる射出シリンダと前記射出室内で前記溶融体に溶融するとともに前記溶融体を押し出す前記圧送体となるビレットとを含み、前記分割シール機構が設けられる。
好ましくは、前記分割シール機構は、円周方向に設けられた合わせ溝と当該合わせ溝に則った入り込み突起とをその分割部分に有し、これらが組み合わさって前記リング形状を形成する。
好ましくは、前記圧力伝搬溝は、前記分割シール機構の前記収容部を向く面に複数設けられる。
好ましくは、前記分割シール機構をその内径方向に向かって予圧する予圧手段を更に備え、前記予圧手段は、前記分割シール機構に外周面に設けられる。

本発明に係る軽金属射出成形機の射出装置の構成概略を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面であって、ビレット供給装置の構成概略を示す図である。 本発明に係る分割シール機構が射出シリンダの基端に装着されたときの正面図である。 図３のＢ−Ｂ断面を示す図である。 本発明に係る分割シール機構の分割部品の構成概略を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す図である。 変形例に係る分割シール機構の分割部品を示す図であり、（ａ）当該分割部品の外周面を示す図、（ｂ）は中央の断面図である。

以下、図面を用いて本発明に係る実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。例えば、本発明は、短棒形状の軽金属材料でなる圧送体であるビレット２を溶融シリンダ１１に挿入して溶融体に溶融する溶融装置１０と、溶融シリンダ１１から供給される溶融体を射出シリンダ２１で計量したあと圧送体であるプランジャ２４で射出するプランジャ射出装置２０と、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１を連通する連通路１８ａを含んだ図１のようなホットチャンバ方式の射出装置１における溶融装置１０又はプランジャ射出装置２０のいずれか一方の装置又はそれら両方の装置に適用されてもよいし、その他にも、前述の連通路を含まないコールドチャンバ方式の射出装置（図示省略）における溶融装置又はプランジャ射出装置のいずれか一方の装置又はそれら両方の装置に適用されてもよいし、軽金属材料を溶融する溶解炉等から供給される軽金属材料の溶融体を射出シリンダで計量したあと圧送体であるプランジャで射出する方式の射出装置（図示省略）に適用されてもよいし、射出シリンダ内で圧送体であるビレットが先端側から少なくとも１ショット分の溶融体に溶融するとともに１ショット分の溶融体を圧送体であるビレットで押し出すことで射出する自己消費型プランジャ方式の射出装置（図示省略）に適用されてもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない限り各種の射出装置に適用が可能である。ビレット２は、例えば、マグネシウム、アルミニウム等の軽金属材料から成る。なお、プランジャ２４とは、先端部にチェックリングを有するスクリュ等各種射出軸を含むものとする。

最初に、射出装置１に供給される軽金属材料を説明する。軽金属材料は、図１に示されるように、円柱の棒材を所定寸法に切断したような短棒形状に形成され、その外周及び切断面が平滑に仕上げられたビレット２である。ビレット２の外径は後に説明される溶融シリンダ１１のシリンダ孔１１ａの基端１１ｂ側（図中右側）の内径より若干小さく形成される。ビレット２が加熱されて熱膨張してもシリンダ孔１１ａの基端１１ｂ側に干渉して挿入不能にならないようにするためである。ビレット２の長さは、１回のショットで射出される射出容積の数ショット分ないしは１０数ショット分の容積を含む長さに形成され、その取扱いやすさを考慮して、例えば１５０ｍｍないし３００ｍｍ程度に形成される。軽金属材料がこのようなビレット形状で供給されるので、その保管や運搬等の取扱いが容易である。なお、１回のショットで射出される射出容積は、１ショットでの成形品の容積とそれに付随するスプル、ランナ等の容積、及び熱的な変化を見込んだ容積を合計した、従来公知の容積である。

軽金属材料が上記のようなビレット形状で供給される本発明に係る軽金属射出成形機の射出装置１（以下、単に射出装置１と称する。）は、概略以下のように構成される。この射出装置１は、図１に示すように、溶融装置１０とプランジャ射出装置２０とそれらを連結する連結部材１８と射出時に軽金属材料の溶融体（以下、溶湯と称する。）がプランジャ射出装置２０から溶融装置１０に逆流することを防ぐ逆流防止装置３０とを含んで構成される。

溶融装置１０は、溶融シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０とを含んで構成される。溶融シリンダ１１は、その基端１１ｂから順次挿入されるビレット２を複数本収容する長さに形成された長尺のシリンダであり、後に説明されるように、そのシリンダ孔１１ａの基端１１ｂ近傍を除く大部分がビレット２より若干大径に形成され、そのシリンダ孔１１ａの先端がエンドプラグ１３によって塞がれる。溶融シリンダ１１の基端１１ｂはビレット供給装置４０を収容する中央枠部材９０に固定される。中央枠部材９０は、四方を囲む矩形の４つの側板と１つの底板で構成され、対向する側板９０ａの一方に溶融シリンダ１１が接続されもう一方の側板９０ａにビレット挿入装置５０が接続される。そして、これらの２つの側板９０ａには、ビレット２の外径よりわずかに大きい透孔９０ｂが形成される。このように、溶融シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０とは１直線上に直列に配置される。そして、ビレット２は、後に説明されるように、ビレット供給装置４０によって溶融シリンダ１１の後方に複数ショット毎に１個ずつ補給され、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａによって溶融シリンダ１１中に挿入される。こうして、本発明では、軽金属材料がビレット形状で溶融装置１０に供給されて溶融される。

プランジャ射出装置２０は、射出シリンダ２１と射出ノズル２２とプランジャ２４とプランジャ駆動装置６０とを含む。射出シリンダ２１は、計量した溶湯を貯留するシリンダ孔２１ａを有し、その先端側にノズルアダプタ２３を介して図示省略された金型に当接する射出ノズル２２が取り付けられる。プランジャ２４は、その基端（根元）でプランジャ駆動装置６０のピストンロッド６２に接続されて射出シリンダ２１中で前後に移動制御される。プランジャ２４は、かかる移動制御により溶湯を圧送する。このようなプランジャ射出装置２０は、図示省略した機台上で前後に移動する移動ベース９１上に載置されて、射出装置１全体が図示省略した型締装置に対して離接するように移動する。これらの射出シリンダ２１、射出ノズル２２、プランジャ２４、及びプランジャ駆動装置６０は、後に更に詳細に説明される。

溶融シリンダ１１の先端近傍と射出シリンダ２１の先端近傍とは、連結部材１８によって連結される一方、両方のシリンダ１１、２１の基端１１ｂ，２１ｂ側が中央枠部材９０とプランジャ駆動装置６０の油圧シリンダ６１との間で連結ベース部材９２を介して強固に結合される。連結部材１８の中には連通路１８ａが形成され、その連通路１８ａは、溶融シリンダ１１のシリンダ孔１１ａと射出シリンダ２１のシリンダ孔２１ａとを連通する。溶融シリンダ１１の先端近傍と射出シリンダ２１の先端近傍とは、連結部材１８を介して図示省略された引っ張りボルトによって相互に引っ張られた状態で固定される。それで、連結部材１８の両端は、溶融シリンダ１１や射出シリンダ２１の外周に対して嵌り込むようにして固定される。特に、連通路１８ａは細径のパイプによって形成され、その端面が溶融シリンダ１１や射出シリンダ２１に押し当てられる。

連通路１８ａは、逆流防止装置３０によって、計量動作の開始時に開かれ射出動作の直前に閉じられる。したがって、逆流防止装置３０は、そのような開閉動作をする装置であれば従来公知の装置であってもよい。或いは簡易には従来公知のバルブが採用されてもよい。それらのバルブは、余りに公知であるためにその図示が省略されるが、例えば、チェックバルブ或いはロータリバルブが採用される。前者は、溶湯の流れと共に正逆両方向に移動して射出時に弁座に着座して連通路１８ａを塞ぐ弁体を含むバルブである。後者は、連通路１８ａ中にあって回動することによって連通路１８ａを連通又は閉鎖する管路を備えた回転バルブである。特に、チェックバルブは、射出時に逆流防止するタイミングが正確ではないことから、精密な成形が要求されない射出成形機において採用され得る。

このような射出装置１において、計量の度に前進するビレット２が溶融シリンダ１１中で先端から先に順次溶融し、溶融した溶湯は射出シリンダ２１や連結部材１８の中で溶融状態に保持される。それで、これらのシリンダ１１、２１及び連結部材１８は、巻回されたバンドヒータ等によって所定の温度に加熱制御される。

例えば、溶融シリンダ１１には、図１に示されるような４個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが巻回される。そして、先端側の２個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂがビレット２の溶融温度に、加熱ヒータ１２ｃがその溶融温度より若干低い温度に、そして基端１１ｂ側の加熱ヒータ１２ｄが溶融温度より更に低い温度に設定される。特に、基端１１ｂ側の加熱ヒータ１２ｄは、溶融シリンダ１１の基端１１ｂ側に位置するビレット２が前進の際に変形しない程度にその軟化が抑えられるような、低めの温度に設定される。例えば、ビレット２がマグネシウム合金である場合には、先端側の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂが６５０℃程度に、加熱ヒータ１２ｃが６００℃程度に、そして基端１１ｂ側の加熱ヒータ１２ｄが３５０℃から４００℃程度に適宜に調整される。マグネシウム合金は３５０℃程度に加熱されたときから実質的に軟化し始めて６５０℃程度に加熱されたときに完全に溶融するからである。ただし、加熱ヒータ１２ｄの温度は、具体的な実施例によって若干異なり、後に説明する実施例では異なる温度に調整される。中央枠部材９０の側板９０ａは通常加熱されることはない。

また、射出ノズル２２、ノズルアダプタ２３及び射出シリンダ２１には、加熱ヒータ２５、２６、及び２７が巻回され、連結部材１８には加熱ヒータ１９が巻回される。そして、ビレット２がマグネシウム合金である場合に、これらのヒータが６５０℃程度に温度制御されて、連結部材１８や射出シリンダ２１の中の溶湯が溶融状態に維持される。特に、加熱ヒータ２５の制御温度は、成形サイクル時間（射出間隔）に合わせて調整されることもある。射出ノズル２２からの溶湯の洩れ出しをその中で生成するコールドプラグによって防止して、成形サイクルに合わせて射出ノズル２２を開閉するためである。

こうして、ビレット２は、溶融シリンダ１１の基端１１ｂ側でその軟化が防止された状態で予備加熱され、その中程から先端側にかけての位置で急激に加熱されてその先端側で急速に溶融する。材料であるビレット２が溶融して生成される溶湯の量は、射出容積の数ショット分になるように調整される。このような溶融装置１０では、最小限の材料が溶融されるだけであるから加熱エネルギーが少なくて済み効率的である。また、溶融装置１０は、溶解炉ほど大きな容積を必要としないので、装置としては小型で簡素なものとなる。また、溶融のための昇温時間或いは固化のための降温時間が短くて済むから保守点検作業での無駄な待ち時間が最小限に抑えられる。

次に、本発明に係る射出装置１の主要な構成要素のより細部を説明する。

ビレット供給装置４０は、多数のビレット２を貯留すると共にビレット２が溶融シリンダ１１に挿入されるようにビレット２を溶融シリンダ１１の後端の直近の同芯位置に１個ずつ供給する装置である。このため、ビレット供給装置４０は、例えば図２の断面図に示されるような、ビレット２が整列状態で多数装填されるホッパ４１と、ビレット２を整列状態で順次落下させるシュート４２と、ビレット２を一旦受け止めて１個ずつ落下させるための２つのシャッタ装置４３，４４と、ビレット２を溶融シリンダ１１の軸中心に同芯に保持する保持部４５とからなるように構成される。ホッパ４１の中には、ビレット２が停滞することなく落下するように、葛折れの案内溝を形成する仕切り４１ａが配設される。２つのシャッタ装置４３，４４は、それぞれのシャッタプレート４３ａ，４４ａを交互に開閉動作させることによってビレット２を１個ずつ保持部４５に向けて落下させる。エアシリンダ等の流体シリンダ４３ｂ，４４ｂは、シャッタプレート４３ａ，４４ａをそれぞれ進退させる。保持部４５は、落下してくるビレット２を受け止めるとともに後述するプッシャ５２ａで押し出す際にビレット２を移動方向に案内するための凹部４５ａが形成されている。保持部４５の凹部４５ａの中心は、溶融シリンダのシリンダ孔１１ａの中心に略一致するように形成される。

このような構成によって、ホッパ４１から補給されたビレット２は、保持部４５によってシリンダ孔１１ａの中心に同芯に保持される。もちろん、ビレット供給装置４０は、ビレット２を１個ずつシリンダ孔１１ａの中心に同芯に保持するように供給する装置であれば各種構成の装置を採用することもできる。

ビレット挿入装置５０は、ビレット２の補給時にビレット２を溶融シリンダ１１の中に挿入する装置であればどのような装置であってもよい。例えば、ビレット挿入装置５０は、図１のように、油圧シリンダ５１と、油圧シリンダ５１によって前後に移動制御されるピストンロッド５２と、このピストンロッド先端に一体に形成されたプッシャ５２ａを含むように構成される。プッシャ５２ａは、その先端部分（図中で左端部分）がビレット２よりわずかに細く形成されて、溶融シリンダ１１中にわずかに侵入する際に溶融シリンダ１１に接触することなく侵入する。それで、プッシャ５２ａと溶融シリンダ１１との間に摩耗は発生しない。プッシャ５２ａの最大移動ストロークは、ビレット２の全長を若干超える長さに構成される。プッシャ５２ａの位置は、図示省略された例えばリニアスケール等の位置検出装置によって検出され、図示省略された制御装置にフィードバックされて制御される。このようなビレット挿入装置５０は、油圧シリンダ駆動の駆動装置に限らず、サーボモータの回転運動をボールねじ等を介して直線運動に変えてプッシャ５２ａを移動する公知の電動駆動装置であってもよい。

このように構成されたビレット挿入装置５０は、ビレット２の補給時にプッシャ５２ａをビレット２の全長以上の距離だけ後退させてビレット２の供給される空間を確保して、次にプッシャ５２ａを前進させて補給されたビレット２を溶融シリンダ１１の中に挿入する。また、ビレット挿入装置５０は、計量時にプッシャ５２ａを逐次前進させて、１回の前進で１ショット分の射出容積に相当する溶湯を射出シリンダ２１に送り込んで計量する。

プランジャ２４は、図１に示すように射出シリンダ２１のシリンダ孔２１ａの内径よりも小径に形成されるとともに大部分が同一寸法の単純な円柱形状に形成されてもよい。また、プランジャ２４は、従来公知のものであってもよい。例えば、本発明は、射出シリンダ２１のシリンダ孔２１ａの内径よりわずかに小径のヘッド部２４ａとそのヘッド部２４ａより小径のシャフト部２４ｂを備えるプランジャ（図示省略）と併用することも可能である。

プランジャ駆動装置６０は、例えば、図１のように、油圧シリンダ６１と、油圧シリンダ６１によって前後に移動制御されるピストンロッド６２と、ピストンロッド６２とプランジャ２４とを結合するカップリング６３とを含む。プランジャ２４は、射出シリンダ２１の中に挿通され、油圧シリンダ６１によって前後に駆動される。プランジャ２４の位置は、図示省略された例えばリニアスケール等の位置検出装置によって検出され、図示省略した制御装置にフィードバックされてその位置が制御される。プランジャ２４の移動可能な最大ストロークは、当然、射出装置１の最大射出容積に合わせてあらかじめ設計されている。このようなプランジャ駆動装置６０は、油圧シリンダ駆動の駆動装置に限らず、サーボモータの回転運動をボールねじ等を介して直線運動に変えてプランジャ２４を移動する公知の電動駆動装置であってもよい。

このように構成されたプランジャ駆動装置６０は、計量時と射出時にプランジャ２４の後退動作と前進動作を制御する。すなわち、計量時には、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａを押し込む圧力の制御に合わせてプランジャ２４の後退を許容する背圧が制御されて、溶融シリンダ１１中の溶湯の圧力上昇が抑えられると共に射出シリンダ２１中の溶湯の圧力、すなわち計量時の背圧が適正に制御される。このとき、プランジャ２４の後退位置が計量のための位置として検出されることは従来と同じである。また、射出時には、溶湯の射出速度及び射出圧力を制御する従来と同じ制御が行われる。また、プランジャ駆動装置６０は、プランジャ２４を所定量後退させる、従来公知のサックバック動作も行う。プランジャ射出装置２０が逆流防止装置３０を介して溶融装置１０から切り離されるのでこのようなサックバック動作が正確に可能になる。

射出シリンダ２１の基端２１ｂは、プランジャ駆動装置６０の前方に接続部材６４を介して固定される。一実施例として図示された接続部材６４は、プランジャ２４の後部やカップリング６３を移動可能に収容する筒状の部材で、その前方に近い位置にプランジャ２４とほとんど隙間のない状態で嵌り合う隔壁６４ａを備え、射出シリンダ２１の基端２１ｂと隔壁６４ａとの間に空間６６を備える。空間６６の下方には、回収パン６５が接続部材６４の下側に着脱自在に用意される。このような構成によって、万一溶湯がプランジャ２４のヘッド部２４ａを越えて洩れ出すことがあっても、溶湯はこの空間６６より外に飛び出すことなく回収パン６５に回収される。

この場合、接続部材６４の上側に不活性ガスが注入される注入孔６４ｂが設けられて空間６６に不活性ガスが注入されてもよい。これによって運転開始直前にシリンダ孔２１ａ内空気がパージされる。このようなパージは、特に、マグネシウム成形の場合に材料の酸化防止のために役立つ。供給される不活性ガスの量は、上記空間６６及び射出シリンダ２１とプランジャ２４の間のわずかな間隙に供給されるだけであるからわずかで済む。もちろんこの不活性ガスがシリンダ後方から溶湯中に侵入することはない。したがって、成形開始後においてはガスの供給を停止してもなんら支障は無い。

更に、本発明に係るプランジャ射出装置２０には、溶湯（溶融体）を収容する収容部である射出室２１ｃを先端側に有するシリンダ（射出シリンダ２１）の基端２１ｂに溶湯の洩れ出しを効果的に抑制可能な分割シール機構１００が設けられている。これより、図３〜図６を用いて分割シール機構１００についてより詳細に説明する。

既出の図１にも示すようにプランジャ射出装置２０は、射出シリンダ２１の基端２１ｂにおいてプランジャ２４の径に則った環状の円板（以下、リング形状と称する。）であって、複数に分割された分割シール機構１００を特徴的に有する。分割シール機構１００は、射出シリンダ２１の基端２１ｂにおけるシリンダ孔２１ａの内径が大きく形成されている大径部と当該大径部を射出シリンダ２１の基端２１ｂ側から塞ぐバックフランジ１０５との間に形成される環状空間からなる環状溝に収容される。図３及び図４では、分割シール機構１００の構成概略が示されている。分割シール機構１００は、２以上の複数、好ましくは３以上の複数の分割された部品（以下、単に分割部品１００ｅと称する。）の組み合わせから成りリング形状を構成する。分割シール機構１００は、外周面１００ａと、内周面１００ｂと、表面（おもてめん）１００ｃと、裏面１００ｄを有するリング形状である。分割シール機構１００は、表面１００ｃが射出シリンダ２１の環状溝の射出室２１ｃ側の側面に対面し、裏面１００ｄが環状溝のバックフランジ１０５側の側面に対面し、外周面１００ａが環状溝の底面に対面し、そして、内周面１００ｂがプランジャ２４の外周面に対面する。分割シール機構１００は、環状溝の中で表面１００ｃ側と裏面１００ｄ側に僅かな隙間を有して摺動可能に環状溝の中に収納されている。環状溝の底面と分割シール機構１００の外周面１００ａの間は、後述される溶湯を収納するための空間となる収納空間１０２が形成される。なお、分割数が少ないとフィット性に欠け、逆に多いと製作が難化する傾向にあるので、好ましくは、３〜６個の分割部品１００ｅから構成され、更に好ましくは、図３に示すように４つの分割部品１００ｅより構成されるとよい。

分割部品１００ｅの端部どうしは、互いに入り込み突起１０３と合わせ溝１０４とが嵌合して接続される。例えば、一端に入り込み突起１０３、他端に合わせ溝１０４を有する同一の分割部品１００ｅを複数個接続することで、分割シール機構１００におけるリング形状が構成される。ここでは入り込み突起１０３と合わせ溝１０４とは同一形状であり且つ円弧の一部としてリング形状に沿うように形成されることが好ましい。入り込み突起１０３と合わせ溝１０４との嵌合に際して、通常時は遊びを有するように接続される。また、分割シール機構１００は、射出室２１ｃ側に対面する表面１００ｃに溶湯の流路として機能する複数の圧力伝搬溝１０１を有する。図３に示す例では分割シール機構１００は、１６個の圧力伝搬溝１０１を有する。ただし、あくまでも例示でありこの限りではない。好ましくは、圧力伝搬溝１０１は表面１００ｃにおいて等間隔に配置される。

上述の機構を以てプランジャ２４を射出方向に前進させると、射出シリンダ２１の先端側の射出室２１ｃにおいて収容されている溶湯は、プランジャ２４に沿ってバックフローする。分割シール機構１００の表面１００ｃに達した溶湯は、圧力伝搬溝１０１を通りその先にある収納空間１０２に充満する。すると、分割シール機構１００には射出方向と逆向きに圧力がかかり、バックフランジ１０５との隙間が無くなる。更に充満した溶湯による分割シール機構１００の外周面１００ａへの圧力が分割シール機構１００の内周面１００ｂにかかる圧力に比して大きくなる。ここで、分割シール機構１００の分割部品１００ｅそれぞれは遊びを有しながら嵌合接続されているので、リング形状を有する分割シール機構１００は内径方向に収縮し、これにより圧送体であるプランジャ２４が分割シール機構１００によって締め付けられる。すなわち、射出シリンダ２１とプランジャ２４との間が適切にシールされ、効果的にバックフローを防止することができる射出装置１を実現することができる。特に、分割シール機構１００がプランジャ２４を締め付ける圧力が変わることで、流体の圧力が高い場合でも洩れを最小限にすることができる。

ところで、分割シール機構１００がプランジャ２４を締め付ける圧力は、分割シール機構１００の内径方向に向かう圧力から外径方向に向かう圧力を差し引いた値となる。すなわち、当該締め付ける圧力Ｐ'は、分割シール機構１００の分割数ｎ、溶湯の圧力Ｐ、分割シール機構１００の外径Ｄ、内径ｄ、幅ｔ、及び入り込み突起１０３（或いは合わせ溝１０４）を除いた断面積Ｓを用いて下記の式（１）のように表される。
Ｐ'＝｛ｔ×（Ｄ−ｄ）×Ｐ×ｓｉｎ（π／ｎ）｝−｛２×Ｓ×Ｐ×ｓｉｎ（π／ｎ）｝ （１）
第１項が内径方向に向かう圧力を表し、第２項が外径方向に向かう圧力を表している。

特許文献１等に開示されている、分割シール機構１００を有さない従来技術に係る射出シリンダを使用する場合、プランジャの後方側の温度は低いため、かかる部分が射出シリンダ内に挿入されると射出シリンダに収容されている溶湯の温度が一時的に低下して軽金属材料が過大に自己シールし、抵抗や摩擦力が大きくなるという問題があった。これに対して、本発明では溶湯が収納空間１０２に充満する圧力を利用してシールする構造であるため、プランジャ２４を前後することによる温度変動で溶湯が固化してプランジャ２４の移動を妨げることのない温度に常に設定することができる。その結果、ストローク領域を多くとれつつも射出シリンダ２１とプランジャ２４の動作抵抗が極力少なく、摩耗も少ない射出装置１を実現することができる。特に、従来困難であったアルミニウム合金等を効果的に軽金属材料として選択することができる。

加えて、分割シール機構１００を用いることで従来に比して摩耗に対する耐久性を向上させることができる。従来では一般的に、ホットチャンバ方式の射出装置において、プランジャ２４の先端にバネ特性のあるピストンリングを入れて射出する方式が取られている。かかる方式では、洩れることを許容するチャンバの中で動作しているが、洩れが摩耗も助長して早期の交換が必要になる。一方、本発明に係る分割シール機構１００は、材料の選定が自由で周りとの熱膨張差があるものでも使用できるため、ピストンリングを用いた方法に比して早期の交換が必要とはならない。

また、次の構成要素を具備して実施することがより好ましい。

第１に、図１にも示すように、分割シール機構１００を溶湯（溶融体）を収容する収容部である溶融室を先端側に有するシリンダ（溶融シリンダ１１）の基端１１ｂに略同様に設けることが好ましい。上述の通り、分割シール機構１００は、射出シリンダ２１の基端２１ｂに設けられ、射出シリンダ２１における軽金属材料が過大に自己シールし抵抗や摩擦力が大きくなるという問題が解決されるが、同様の問題は、溶融シリンダ１１においても起こりうるものである。溶融シリンダ１１の基端１１ｂに略同様に設けることで、分割シール機構１００は、溶湯のバックフローによって圧送体であるビレット２を締め付けるように機能する。かかる構成によって、溶融シリンダ１１における軽金属材料が過大に自己シールし抵抗や摩擦力が大きくなるという問題が解決される。

第２に、射出シリンダ２１の基端２１ｂに有する環状溝の底面と分割シール機構１００の外周面１００ａとの間の隙間でなる収納空間１０２に入り込むような環状突起（以下、移動規制部１０６と称する。）をバックフランジ１０５に設けることが好ましい。これにより分割シール機構１００の不用意な径方向の移動を防止するとともに中心軸の位置出しにも用いることができるからである。例えば図４の例においては、矢印Ｘに示される変位にまで移動を防止することができる。

第３に、上述の移動規制部１０６とともに又は移動規制部１０６に代えて、分割シール機構１００の外周面１００ａに、射出シリンダ２１に対して予圧する予圧手段１０７を設けることが好ましい。なぜなら、急激な圧力がかかる場合、換言すると材料が高速に移動する場合は分割シール機構１００の内周面１００ｂとプランジャ２４との間に隙間がある状態で、分割シール機構１００がプランジャ２４を締め付ける一瞬前に、分割シール機構１００の内周面１００ｂとプランジャ２４との間から溶湯が洩れるおそれがあり、これを防止するためである。予圧手段１０７が射出シリンダ２１を押圧することで、その反力によって、溶湯による圧力が作用していない場合であっても分割シール機構１００が適切にプランジャ２４に当接することとなる。

第４に、外周面１００ａと内周面１００ｂとの圧力のバランスをとるために、主に図５に示すように、内周面１００ｂに圧力がかかるような複数の流路（ラビリンス１０８）や窪み（圧力溜まり１０９）を設けることが好ましい。例えば、ラビリンス１０８は、圧力溜まり１０９に連通し、分割部品１００ｅの表面１００ｃ又は分割部品１００ｅの入り込み突起１０３と合わせ溝１０４を除く端部端面に開口しているとよい。上記実施形態においては、分割シール機構１００の内周面１００ｂに対する圧力が適当に作用していないと必要以上に過大な外圧がかかり、分割シール機構１００の締め付けが強すぎて摩耗が大きくなることも考えられるからである。

第５に、一般的に、プランジャ２４及び分割シール機構１００の材料が異なると温度による熱膨張や熱収縮がそれぞれ異なるので、使用する温度において分割シール機構１００の内周面１００ｂをプランジャ２４の外周面１００ａに当接させることができる内周面１００ｂになるように、内径等を合わせることが好ましい。

更に、次の変形例が考えられる。

上記実施形態において、圧力伝搬溝１０１は、分割シール機構１００の底面１００ｃに設けられるものである。一方変形例として、圧力伝搬溝１０１を分割シール機構１００の表面１００ｃと接触する射出シリンダ２１の環状溝の側壁に設けてもよい。かかる構成であっても圧力伝搬溝１０１に溶湯が流れこむため、上記実施形態と略同様の効果を奏する。

上記実施形態において、分割部品１００ｅの端部どうしは、互いに入り込み突起１０３と合わせ溝１０４とが嵌合して接続される。しかしながらあくまでも一実施形態に過ぎず、後方への更なるバックフローを防止可能で且つ分割シール機構１００が内径方向に収縮しプランジャ２４を締め付ける構成であれば、他の形態であってもよい。例えば、図６に示す変形例が考えられる。本例では、入り込み突起１０３とあわせ溝１０４の両方を分割部品１００ｅの両方の端部にそれぞれ有し、隣合う分割部品１００ｅどうしの間で入り込み突起１０３とあわせ溝１０４がそれぞれ嵌合して、２つの入り込み突起１０３が前後に重なるようにして密着し、シリンダの後方を向く重なり方向（図６におけるＹ方向）へのバックフローを防止する。一方重なり方向と垂直な方向には遊びがあり、図６におけるＺ方向に向かって互いが近づくように移動する。これにより、外周面からの圧力によって分割シール機構１００が内径方向に収縮しプランジャ２４を締め付けることとなる。

上記実施形態のような連通部材１８を有するホットチャンバ式の射出装置１に代えて、コールドチャンバ式の射出装置に本発明に係る分割シール機構１００を適用してもよいし、収容部となる射出室を有するシリンダとなる射出シリンダと当該射出室内で溶湯とするとともに当該溶湯を押し出す圧送体となるビレットとを含んだ自己消費型プランジャ式の射出装置に本発明の分割シール機構１００を適用してもよい。

以上のように構成されたこの発明の射出装置１によって、次のように成形運転が行われる。説明の都合上、本番の射出成形運転を先に説明する。成形運転が行われる前には、複数本のビレット２があらかじめ溶融シリンダ１１の中に供給されて数ショット分の射出容積に相当する溶湯が溶融シリンダ１１の前方の溶融室に確保されている。まず、計量が行われる。このため、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを開きプッシャ５２ａが前進すると共にプランジャ２４が後退して、溶湯が射出シリンダ２１の前方の射出室２１ｃに移される。この計量工程は、通常、先の成形サイクルで充填された成形品の冷却工程中に行われる。この計量によって、１ショット分の射出容積に相当する溶湯が射出シリンダ２１中に確保される。このとき、プッシャ５２ａの前進動作とプランジャ２４の後退動作が略一致すると共に溶融シリンダ１１中の溶湯と射出シリンダ２１中の溶湯の圧力が所定の圧力に維持されるように制御されるので、プッシャ５２ａがビレット２を介して溶湯を押し込む圧力が特段に高圧になることがない。分割シール機構１００を溶融シリンダ１１においても使用する場合、溶融シリンダ１１中の溶湯のバックフローは、既述されたように阻止されることとなる。

計量によって射出シリンダ２１中に供給された溶湯は、加熱ヒータ２７によって溶融状態に維持される。次に、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを閉じ、プランジャ２４が前進して１ショット分の溶湯が射出ノズル２２から金型に射出される。そして、従来公知の保圧が必要に応じて行われ、冷却工程に入って上記の計量が再開される。計量の度に消費される、溶融シリンダ１１中の溶湯は、計量後次の計量が始まるまでの間に溶融されて補充される。

ビレット２が射出の度に溶融されてビレット１本分の射出が行われると、新しいビレット２の補給が行われる。この補給動作は、計量中にプッシャ５２ａがビレット１本分の距離を超えて前進したことをプッシャ５２ａの位置検出器が検出したときから始まる。最初に、ビレット挿入装置５０がプッシャ５２ａをビレット２の全長以上の距離だけ後退させてビレット２が供給される空間を溶融シリンダ１１の後方に確保する。次にビレット供給装置４０が１個のビレット２を溶融シリンダ１１後方に供給し、最後にビレット挿入装置５０がそのビレット２を溶融シリンダ１１中に押し込む。このとき、ビレット２の端面が平滑に仕上げられており、溶融シリンダ１１とビレット２の隙間が僅少になるように形成されているので、両者の隙間に空気等が入り込むことはほとんどない。この補給動作は成形品の冷却期間中に行われる。したがって、補給動作が成形サイクルに遅れを来すことはない。

上記本番の成形運転前の準備は次のように行われる。最初に、好ましくは不活性ガスが注入されてシリンダ中の空気がパージされる。次に、あらかじめホッパ４１に貯蔵されていたビレット２がビレット供給装置４０によって溶融シリンダ１１後方に供給され、ビレット挿入装置５０によって溶融シリンダ１１の中に挿入される。最初、溶融シリンダ１１がビレット２で一杯になるように複数のビレット２が挿入される。このとき、逆流防止弁棒３１は連通路１８ａを閉じている。

複数本のビレット２は、溶融シリンダ１１の中で前方に押し込まれた状態で加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄによって加熱され、先端側に位置する部分から先に溶融し始める。溶融シリンダ１１の先端側に残留していた空気の大部分は、溶湯が充満するに連れてほとんど後方に押し出される。やがて数ショット分の溶湯が確保されると、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを開き、続けてプッシャ５２ａが前進すると共にプランジャ２４が後退して、溶湯が射出シリンダ２１に送り込まれる。そして、押し出されずに溶湯の中に残留していた空気や不活性ガスが溶湯と共にパージされる。特にエンドプラグ１３の導入孔１３ｄが溶融シリンダ孔１１ａの上方に開口するように形成されている場合には、このパージが速やかに行われる。

溶湯が射出シリンダ２１中に充満すると、射出動作が行われる。特に射出ノズル２２のノズル孔２２ａが射出シリンダ孔２１ａの上方に開口するように形成されている場合には、速やかにパージが行われる。パージが完了すると射出ノズル２２が金型に当接されて、予備成形が何回か行われる。成形条件が調整されてそれが安定すると成形前の準備動作が完了する。この際、分割シール機構１００を射出シリンダ２１に設けられているため、溶融シリンダ１１中の溶湯のバックフローは、既述されたように阻止されることとなる。

以上説明した発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明に係る範囲から排除するものではない。特に具体的な装置については、本発明に係る趣旨に添った基本的な機能を有するものは、本発明に含まれる。

１：射出装置、２：ビレット、１０：溶融装置、１１：溶融シリンダ、１１ａ：シリンダ孔、１１ｂ：基端、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：加熱ヒータ、１３：エンドプラグ、１８：連結部材、１８ａ：連通路、１９：加熱ヒータ、２０：プランジャ射出装置、２１：射出シリンダ、２１ａ：シリンダ孔、２１ｂ：基端、２１ｃ：射出室、２２：射出ノズル、２３：ノズルアダプタ、２４：プランジャ、２４ａ：ヘッド部、２４ｂ：シャフト部、２５、２６、２７：加熱ヒータ、３０：逆流防止装置、４０：ビレット供給装置、４１：ホッパ、４１ａ：仕切り、４２：シュート、４３：シャッタ装置、４３ａ：シャッタプレート、４４：シャッタ装置、４４ａ：シャッタプレート、４５：保持部、４５ａ：凹部、５０：ビレット挿入装置、５１：油圧シリンダ、５２：ピストンロッド、５２ａ：プッシャ、６０：プランジャ駆動装置、６１：油圧シリンダ、６２：ピストンロッド、６３：カップリング、６４：接続部材、６４ａ：隔壁、６４ｂ：注入孔、６５：回収パン、６６：空間、９０：中央枠部材、９０ａ：側板、９０ｂ：透孔、９１：移動ベース、９２：連結ベース部材、１００：分割シール機構、１００ａ：外周面、１００ｂ：内周面、１００ｃ：表面、１００ｄ：裏面、１００ｅ：分割部品、１０１：圧力伝搬溝、１０２：収納空間、１０３：入り込み突起、１０４：合わせ溝、１０５：バックフランジ、１０６：移動規制部、１０７：予圧手段、１０８：ラビリンス、１０９：圧力溜まり。

Claims (8)

1. 溶融体を収容する収容部を有するシリンダと、当該シリンダ内部を移動可能に構成され前記溶融体を圧送する圧送体と、当該シリンダの基端に設けられる分割シール機構であって当該圧送体の径に則ったリング形状で且つ複数に分割された分割シール機構と、前記圧送体が軟化して変形しない温度に前記基端を加熱する加熱ヒータと、を備え、
   前記分割シール機構の内径は、前記圧送体の径と略等しく、前記分割シール機構の外周面と前記シリンダとの間には隙間が設けられ、これにより前記圧送体の移動の際に前記シリンダの内部からの前記分割シール機構の外周面にかかる溶融体の圧力が前記分割シール機構の内周面にかかる圧力に比して大きくなるように構成され、
   前記分割シール機構または前記シリンダは、前記溶融体を流通させて前記分割シール機構を径方向に収縮させる前記溶融体の流路である圧力伝搬溝を有し、
   前記分割シール機構は、当該圧力の差によって前記圧送体を締め付けて前記シリンダと前記圧送体との間をシールするように構成される、
   軽金属射出成形機の射出装置。
2. 前記収容部となる射出室を有する前記シリンダとなる射出シリンダと前記圧送体となるプランジャとを含むプランジャ射出装置を備え、
   前記分割シール機構が前記プランジャ射出装置に設けられる、請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
3. 前記収容部となる溶融室を有する前記シリンダとなる溶融シリンダと前記圧送体となるビレットとを有する溶融装置を備え、
   前記分割シール機構が前記溶融装置に設けられる、請求項１又は請求項２に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
4. 前記収容部となる射出室を有する前記シリンダとなる射出シリンダと前記射出室内で前記溶融体に溶融するとともに前記溶融体を押し出す前記圧送体となるビレットとを含み、前記分割シール機構が設けられる、請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
5. 前記分割シール機構は、円周方向に設けられた合わせ溝と当該合わせ溝に則った入り込み突起とをその分割部分に有し、これらが組み合わさって前記リング形状を形成する、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の軽金属射出成形機の射出装置。
6. 前記圧力伝搬溝は、前記分割シール機構の前記収容部を向く面に複数設けられる、請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の軽金属射出成形機の射出装置。
7. 前記分割シール機構をその内径方向に向かって予圧する予圧手段を更に備え、前記予圧手段は、前記分割シール機構に外周面に設けられる、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の軽金属射出成形機の射出装置。
8. 溶融体を収容する収容部を有するシリンダと、当該シリンダ内部を移動可能に構成され前記溶融体を圧送する圧送体と、前記圧送体が軟化して変形しない温度に前記シリンダの基端を加熱する加熱ヒータと、を有する射出装置に設けられる分割シール機構であって、
   前記シリンダの前記基端に設けられ、
   前記圧送体の径に則ったリング形状で且つ複数に分割され、
   その内径は、前記圧送体の径と略等しく、その外周面と前記シリンダとの間には隙間が設けられ、前記分割シール機構自身の表面または前記表面と接触する前記シリンダの環状溝の側壁の何れかに設けられる圧力伝搬溝を流路として流通する前記溶融体によって、前記圧送体の移動の際に前記シリンダの内部からの前記外周面にかかる溶融体の圧力が内周面にかかる圧力に比して大きくなるように構成され、
   当該圧力の差によって前記圧送体を締め付けて前記シリンダと前記圧送体との間をシールするように構成される、
   分割シール機構。